2025年電力牽引傳動(dòng)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.現(xiàn)代電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，牽引變流器的核心功能是：A.實(shí)現(xiàn)交-直-交變換，為牽引電機(jī)提供可調(diào)頻調(diào)壓電源B.實(shí)現(xiàn)直流電壓穩(wěn)定，僅用于濾波C.完成牽引與制動(dòng)的機(jī)械切換D.僅負(fù)責(zé)過流保護(hù)答案：A2.高速列車常用的牽引電機(jī)類型為：A.直流串勵(lì)電機(jī)B.鼠籠式異步電機(jī)C.繞線式同步電機(jī)D.開關(guān)磁阻電機(jī)答案：B3.牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，粘著控制的主要目標(biāo)是：A.最大化輪軌間粘著力，防止空轉(zhuǎn)/滑行B.降低牽引電機(jī)電流C.提高變流器開關(guān)頻率D.減少齒輪箱磨損答案：A4.再生制動(dòng)時(shí)，牽引變流器的工作模式為：A.整流器（AC→DC）B.逆變器（DC→AC）C.回饋器（DC→AC送電網(wǎng)）D.斬波器（DC→DC降壓）答案：C5.永磁同步牽引電機(jī)（PMSM）相比異步電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)是：A.調(diào)速范圍更寬B.功率因數(shù)高、效率高C.結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、維護(hù)方便D.對(duì)電網(wǎng)諧波污染小答案：B6.牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中，SVPWM（空間矢量脈寬調(diào)制）的核心特點(diǎn)是：A.僅適用于兩電平變流器B.通過合成參考電壓矢量?jī)?yōu)化輸出波形C.開關(guān)頻率固定，諧波含量高D.控制算法復(fù)雜度低，實(shí)時(shí)性差答案：B7.牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)電容的主要作用是：A.儲(chǔ)存能量，穩(wěn)定直流母線電壓B.提高功率因數(shù)C.抑制高次諧波D.實(shí)現(xiàn)電氣隔離答案：A8.異步電機(jī)矢量控制的關(guān)鍵是：A.將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量獨(dú)立控制B.直接控制電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩C.僅調(diào)節(jié)逆變器輸出頻率D.通過改變極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)速答案：A9.城市軌道交通車輛（地鐵）牽引傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用的供電制式是：A.25kV工頻交流B.1500V直流C.3kV直流D.110V直流答案：B10.牽引傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷中，基于電流諧波分析的方法主要用于檢測(cè)：A.電機(jī)軸承磨損B.變流器IGBT模塊開路故障C.輪對(duì)踏面擦傷D.齒輪箱斷齒答案：B二、填空題（每空1分，共10分）1.電力牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)包括牽引變壓器、牽引變流器、__________、傳動(dòng)齒輪箱和輪對(duì)。答案：牽引電機(jī)2.牽引變流器的四象限運(yùn)行指的是__________、電動(dòng)發(fā)電、正向反向的組合運(yùn)行狀態(tài)。答案：整流逆變3.永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈由__________提供，無需定子電流勵(lì)磁。答案：永磁體4.粘著系數(shù)與輪軌表面狀態(tài)、__________、列車運(yùn)行速度密切相關(guān)。答案：軸重5.牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的效率優(yōu)化控制通常通過調(diào)節(jié)__________和電流相位角實(shí)現(xiàn)。答案：電機(jī)磁鏈6.再生制動(dòng)能量若無法被電網(wǎng)吸收，需通過__________消耗，避免直流母線過壓。答案：制動(dòng)電阻7.異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為（同步轉(zhuǎn)速-__________）/同步轉(zhuǎn)速。答案：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速8.牽引變流器的開關(guān)器件多采用__________（填器件類型），因其耐高壓、大電流特性。答案：IGBT（絕緣柵雙極晶體管）9.直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）通過滯環(huán)比較器直接控制電機(jī)的磁鏈和__________。答案：轉(zhuǎn)矩10.牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的EMC（電磁兼容）設(shè)計(jì)需重點(diǎn)抑制__________和傳導(dǎo)干擾。答案：輻射干擾三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述異步牽引電機(jī)與永磁同步牽引電機(jī)在控制策略上的主要差異。答案：異步電機(jī)需通過定子電流的勵(lì)磁分量建立氣隙磁鏈，控制時(shí)需解耦勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流（如矢量控制）；永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈由永磁體固定，控制時(shí)通常以最大轉(zhuǎn)矩電流比（MTPA）為目標(biāo)，或弱磁擴(kuò)速，無需額外勵(lì)磁電流，控制復(fù)雜度相對(duì)降低，但需考慮永磁體退磁風(fēng)險(xiǎn)。2.分析牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)電壓波動(dòng)的主要原因及抑制措施。答案：波動(dòng)原因：牽引/制動(dòng)工況切換時(shí)，電機(jī)功率突變導(dǎo)致直流母線能量不平衡；網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)（如接觸網(wǎng)電壓跌落）；變流器開關(guān)過程中的高頻紋波。抑制措施：增大直流支撐電容容量；采用二次諧振濾波電路；通過網(wǎng)側(cè)變流器（四象限整流器）快速調(diào)節(jié)輸入電流，平衡功率；引入超級(jí)電容或儲(chǔ)能裝置作為緩沖。3.說明粘著控制在電力牽引中的重要性，并列舉兩種常用的粘著控制方法。答案：重要性：輪軌間粘著力是牽引/制動(dòng)力的來源，粘著控制可防止空轉(zhuǎn)/滑行導(dǎo)致的牽引力損失、輪軌磨損及制動(dòng)距離延長(zhǎng)。常用方法：①基于轉(zhuǎn)速差的閉環(huán)控制（如測(cè)量輪對(duì)轉(zhuǎn)速差，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩）；②粘著曲線估計(jì)法（通過實(shí)時(shí)識(shí)別粘著系數(shù)峰值點(diǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令）。4.比較兩電平變流器與三電平變流器在牽引傳動(dòng)中的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：兩電平變流器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（僅6個(gè)開關(guān)管）、控制算法成熟，但輸出電壓諧波含量高，開關(guān)損耗大，適用于中低壓場(chǎng)景（如地鐵）。三電平變流器：輸出電壓電平數(shù)多，諧波小，開關(guān)管承受電壓低（僅為直流母線電壓的1/2），但拓?fù)鋸?fù)雜（需12個(gè)開關(guān)管及鉗位二極管），均壓控制難度大，適用于高壓大功率場(chǎng)景（如高速列車）。5.解釋牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中“弱磁控制”的應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)原理。答案：應(yīng)用場(chǎng)景：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過基速時(shí)，需通過弱磁控制擴(kuò)大調(diào)速范圍（如高速列車加速至最高運(yùn)營(yíng)速度）。實(shí)現(xiàn)原理：對(duì)于異步電機(jī)，通過減小勵(lì)磁電流分量，降低氣隙磁鏈，在電壓極限下允許更高轉(zhuǎn)速；對(duì)于永磁同步電機(jī)，通過注入直軸去磁電流，抵消永磁體磁鏈，降低反電動(dòng)勢(shì)，使逆變器電壓能夠支撐更高轉(zhuǎn)速。四、分析計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某地鐵列車采用異步牽引電機(jī)，額定功率300kW，額定電壓AC1100V（線電壓），額定效率95%，功率因數(shù)0.92。計(jì)算電機(jī)額定電流（線電流）。解：電機(jī)輸入有功功率\(P_{\text{in}}=\frac{P_{\text{out}}}{\eta}=\frac{300}{0.95}\approx315.79\,\text{kW}\)三相有功功率公式\(P_{\text{in}}=\sqrt{3}U_{\text{line}}I_{\text{line}}\cos\varphi\)解得線電流\(I_{\text{line}}=\frac{P_{\text{in}}}{\sqrt{3}U_{\text{line}}\cos\varphi}=\frac{315790}{\sqrt{3}\times1100\times0.92}\approx184.5\,\text{A}\)答案：約184.5A2.某高速列車牽引傳動(dòng)系統(tǒng)在再生制動(dòng)時(shí)，直流母線電壓為3000V，電機(jī)回饋功率為2000kW，變流器效率為97%。若接觸網(wǎng)電壓為25kV（工頻交流），計(jì)算網(wǎng)側(cè)變流器需向電網(wǎng)回饋的有功功率及對(duì)應(yīng)的交流電流（假設(shè)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1）。解：電機(jī)回饋至直流母線的功率\(P_{\text{DC}}=2000\,\text{kW}\)（忽略電機(jī)損耗）變流器將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率的效率\(\eta_{\text{conv}}=97\%\)，故網(wǎng)側(cè)回饋功率\(P_{\text{AC}}=P_{\text{DC}}\times\eta_{\text{conv}}=2000\times0.97=1940\,\text{kW}\)網(wǎng)側(cè)為三相交流系統(tǒng)，線電壓\(U_{\text{line}}=25\,\text{kV}\)，功率因數(shù)\(\cos\varphi=1\)，則線電流\(I_{\text{line}}=\frac{P_{\text{AC}}}{\sqrt{3}U_{\text{line}}}=\frac{1940000}{\sqrt{3}\times25000}\approx44.7\,\text{A}\)答案：回饋功率1940kW，交流電流約44.7A五、綜合應(yīng)用題（每題20分，共40分）1.設(shè)計(jì)某城市軌道交通（地鐵）牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的主電路拓?fù)?，并說明各組成部分的作用及關(guān)鍵參數(shù)選擇依據(jù)。答案：主電路拓?fù)洌航佑|網(wǎng)（1500V直流）→高速斷路器（HSCB）→濾波電抗器/電容→牽引變流器（兩電平電壓源型逆變器）→異步牽引電機(jī)（4臺(tái)/列車，每臺(tái)功率300kW）。各部分作用及參數(shù)選擇：（1）高速斷路器（HSCB）：實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)與列車的電氣隔離，短路時(shí)快速分?jǐn)?，額定電壓≥1500V，分?jǐn)嗄芰Α?0kA。（2）濾波電抗器/電容：抑制直流母線電壓波動(dòng)，電抗器電感值根據(jù)開關(guān)頻率（如2kHz）和允許紋波電流設(shè)計(jì)（通常5%~10%額定電流），電容容量需滿足母線電壓波動(dòng)≤±5%（如30mF）。（3）牽引變流器：采用IGBT模塊（電壓等級(jí)3300V，電流1200A），兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開關(guān)頻率2~4kHz，輸出電壓0~1100V（匹配電機(jī)額定電壓）。（4）異步牽引電機(jī)：額定功率300kW，額定轉(zhuǎn)速0~2500r/min（基速1500r/min），絕緣等級(jí)H級(jí)（適應(yīng)地鐵隧道高溫環(huán)境），防護(hù)等級(jí)IP54（防塵防水）。選擇依據(jù)：地鐵供電為1500V直流，兩電平變流器成本低、控制成熟；異步電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠，適合頻繁啟停；濾波參數(shù)需平衡體積與性能，滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)。2.某高速列車在運(yùn)行中出現(xiàn)“牽引封鎖”故障，故障代碼顯示“變流器直流母線過壓”。結(jié)合牽引傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理，分析可能的故障原因及排查步驟。答案：可能原因：（1）再生制動(dòng)時(shí)，接觸網(wǎng)無法吸收回饋能量（如電網(wǎng)電壓過高或其他列車無再生需求），制動(dòng)電阻未及時(shí)投入，導(dǎo)致直流母線能量累積。（2）網(wǎng)側(cè)變流器（四象限整流器）故障，無法穩(wěn)定直流母線電壓（如IGBT模塊損壞，無法調(diào)節(jié)輸入電流）。（3）直流母線電壓傳感器故障，誤報(bào)過壓信號(hào)（實(shí)際電壓正常）。（4）中間直流環(huán)節(jié)電容失效（容量下降），無法有效緩沖能量波動(dòng)。排查步驟：（1）檢查司機(jī)室顯示屏，確認(rèn)過壓值及持續(xù)時(shí)間（瞬時(shí)過壓多為能量沖擊，持續(xù)過壓可能為變流器故障）。（2）檢測(cè)制動(dòng)電阻投切邏輯：再生制動(dòng)時(shí)，若直流母線電壓＞3200V（閾值），制動(dòng)電阻應(yīng)導(dǎo)通；用萬用表測(cè)量制動(dòng)電阻是否開路，接觸器是否吸合。（3）測(cè)試網(wǎng)側(cè)變流器：通過示波器觀測(cè)網(wǎng)側(cè)電流波形（正